(57)【要約】【課題】従来技術の構成では可撓部を細い梁形状にすることができず、小型かつ高感度な電気機械変換器とすることができないという問題があった。【解決手段】錘部と枠部と、錘部と枠部とを接続するＸ軸方向の梁部とＸ軸方向と平面的にほぼ直交するＹ軸方向の梁部とを有し、機械的変動を電気的変動に変換する変換器を有する電気機械変換器であって、変換器と離間して抵抗器を備え、変換器は、少なくとも３つの変換器からなり、Ｘ軸方向の梁部には、第１の変換器を設け、Ｙ軸方向の梁部には、第２の変換器を設け、Ｘ軸方向の梁部またはＹ軸方向の梁部には、Ｘ軸方向またはＹ軸方向とは異なるＺ軸方向の機械的変動を電気的変動に変換する第３の変換器を設ける構成を有する。このような構成とすることで、小型かつ高感度な電気機械変換器を得ることが可能になる。【選択図】図１
2007033319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部と枠部と、該錘部と該枠部とを接続するＸ軸方向の梁部と該Ｘ軸方向と平面的にほぼ直交するＹ軸方向の梁部とを有し、機械的変動を電気的変動に変換する変換器を有する電気機械変換器であって、
前記変換器と離間して抵抗器を備え、
前記変換器は、少なくとも３つの変換器からなり、
前記Ｘ軸方向の梁部には、第１の変換器を設け、
前記Ｙ軸方向の梁部には、第２の変換器を設け、
前記Ｘ軸方向の梁部または前記Ｙ軸方向の梁部には、前記Ｘ軸方向または前記Ｙ軸方向とは異なるＺ軸方向の機械的変動を電気的変動に変換する第３の変換器を設けることを特徴とする電気機械変換器。
【請求項２】
前記第１の変換器と前記第２の変換器と前記第３の変換器とは、それぞれ少なくとも２つの変換素子からなり、
前記抵抗器は、少なくとも７つの抵抗素子からなり、
前記第１の変換器を構成する第１の変換素子と第１の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第１の変換器を構成する第２の変換素子と第２の抵抗素子とを直列に接続してＸ軸ブリッジ回路を構成し、
前記第２の変換器を構成する第３の変換素子と第３の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第２の変換器を構成する第４の変換素子と第４の抵抗素子とを直列に接続してＹ軸ブリッジ回路を構成し、
第５の抵抗素子と第６の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第３の変換器を構成する第５の変換素子と第６の変換素子と第７の抵抗素子とを直列に接続してＺ軸ブリッジ回路を構成し、
前記Ｘ軸ブリッジ回路と前記Ｙ軸ブリッジ回路と前記Ｚ軸ブリッジ回路とを用いて前記錘部に加わる物理量を検出することを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換器。
【請求項３】
前記第３の変換器を構成する２つの変換素子は、同一の変換特性を有してなることを特徴とする請求項２に記載の電気機械変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体に加わる二次元または三次元方向の加速度や傾斜角を検出し、これを電気的信号に変換する電気機械変換器に関し、特に携帯機器等に搭載が可能な小型の電気機械変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型電子機器やロボット等の技術革新に伴って、二次元または三次元方向の加速度や傾斜角を検出する小型の電気機械変換器に対する需要が高まっている。このような電気機械変換器は、多くの提案をみるところであるが、三次元方向の加速度成分を１つの電気機械変換器によって検出する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に示した構成と機能とについて、図面を用いて説明する。図４は、特許文献１に示した従来技術の電気機械変換器をその主旨を逸脱しないように書き直した図であって、図４（ａ）は、上方から見た平面図であり、図４（ｂ）は、その断面を模式的に示した断面図である。１００は基板、１０１は作用部、１０２は可撓部、１０３は固定部、１０４は錘、１０５は台座、１１０は電気機械変換器である。ＲＸ１〜ＲＸ４とＲＹ１〜ＲＹ４とＲＺ１〜ＲＺ４とはピエゾ抵抗素子である。
特許文献１に示した従来技術の電気機械変換器１１０は、シリコン単結晶板等からなる基板１００に固定部１０３と作用部１０１と可撓部１０２とを設けている。固定部１０３の下方には台座１０５を、作用部１０１の下方には錘１０４をそれぞれ設けている。
【０００４】
図４（ａ）に示すように、基板１００の上面には複数のピエゾ抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸ４、ＲＹ１〜ＲＹ４、ＲＺ１〜ＲＺ４が形成されている。ピエゾ抵抗素子は、機械的変形により抵抗値が変化する素子であり、可撓部１０２の上面に所定の向きでそれぞれ配置されている。
【０００５】
図４（ａ）においては、図面の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸と定義する。また、図面に対し垂直な方向（図４（ｂ）においては図の上下方向）にＺ軸を定義する。これにより、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。
この座標系において、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４つのピエゾ抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸ４がＸ軸上に配置されている。また、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４つのピエゾ抵抗素子ＲＹ１〜ＲＹ４がＹ軸上に配置されている。さらに、Ｚ軸方向の加速度を検出するための４つのピエゾ抵抗素子ＲＺ１〜ＲＺ４がＸ軸に平行な軸上で、ピエゾ抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸ４の近傍に配置されている。
【０００６】
また、このＸＹＺ三次元座標系に係る機械的変形を検出するために、これらピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を構成する。その様子を図５（ａ）から図５（ｃ）に示す。図５に示したように、前述の１２個のピエゾ抵抗素子を用いて３組のブリッジ回路を構成する。１０６は電源、１０７は電圧計である。
【０００７】
図５（ａ）は、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸ブリッジ回路である。ＲＸ１とＲＸ４とを直列に接続し、これと並列にＲＸ２とＲＸ３とを直列に接続してＸ軸ブリッジ回路を構成している。また、ＲＸ１とＲＸ２との間と、ＲＸ４とＲＸ３との間とに電源１０６が接続され、さらに、ＲＸ１とＲＸ４との間と、ＲＸ２とＲＸ３との間とに電圧計１０７が接続されている。電圧計１０７は、電圧Ｖｘを測定する。
【０００８】
図５（ｂ）は、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸ブリッジ回路である。ＲＹ１と
ＲＹ４とを直列に接続し、これと並列にＲＹ２とＲＹ３とを直列に接続してＹ軸ブリッジ回路を構成している。また、ＲＹ１とＲＹ２との間と、ＲＹ４とＲＹ３との間とに電源１０６が接続され、さらに、ＲＸ１とＲＸ４との間と、ＲＸ２とＲＸ３との間とに電圧計１０７が接続されている。電圧計１０７は、電圧Ｖｙを測定する。
【０００９】
図５（ｃ）は、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸ブリッジ回路である。ＲＺ１とＲＺ３とを直列に接続し、これと並列にＲＺ２とＲＺ４とを直列に接続してＺ軸ブリッジ回路を構成している。また、ＲＺ１とＲＺ２との間と、ＲＺ３とＲＺ４との間とに電源１０６が接続され、さらに、ＲＺ１とＲＺ３との間と、ＲＺ２とＲＺ４との間とに電圧計１０７が接続されている。電圧計１０７は、電圧Ｖｚを測定する。
【００１０】
特許文献１に示した従来技術におけるブリッジ回路の組み方は、Ｘ軸とＺ軸とでピエゾ抵抗素子の可撓部１０２上の配置位置と接続順とが異なっている。すなわち、Ｘ軸ブリッジ回路では、ＲＸ１とＲＸ４と、ＲＸ２とＲＸ３とをそれぞれ直列に接続するが、Ｚ軸ブリッジ回路では、ＲＺ１とＲＺ３と、ＲＺ２とＲＺ４とをそれぞれ直列に接続している。
このような構成にすることによって、Ｘ軸用の４つのピエゾ抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸ４とＺ軸用の４つのピエゾ抵抗素子ＲＺ１〜ＲＺ４とを、Ｘ軸に平行に隣接して配置しても、Ｘ軸方向の加速度とＺ軸方向の加速度とを分離して検出することが可能となる。
【００１１】
特許文献１に示した従来技術の電気機械変換器１１０は、従来の知られている構成、例えば、片持ち梁と歪みゲージとを用いた一軸の電気機械変換器を３個利用して三次元方向の加速度成分を検出する構成などに比べて、製造コストが低く抑えられ量産に適しているという利点があった。
【００１２】
【特許文献１】特公平８−７２２８号公報（第７頁、第１−６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、携帯型電子機器等では搭載部品のさらなる小型化が求められている。携帯電話等の小型電子機器に搭載可能な小型の電気機械変換器を構成しようとすれば、必然的に錘を小さく形成することとなる。その際、小さく軽量な錘であっても検出感度を上げるには、可撓部をより変形しやすくするなどの工夫が必要である。例えば、可撓部に開口部を設け、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに細い梁を形成し、この細い梁で錘を支持する構成などである。このように、小型で軽量な錘でも容易に梁（可撓部）を変形させる構成は多くの提案をみるところである。
【００１４】
しかし、特許文献１に示した従来技術では、Ｘ軸方向とＺ軸方向との加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子は、ＲＸ１〜ＲＸ４とＲＺ１〜ＲＺ４との８個が必要であり、これらは可撓部１０２にほぼ同軸上に配置している。さらに、各ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成するために配線で接続する必要がある。このような構成であるから、可撓部１０２を細い梁形状にすることができない。したがって、特許文献１に示した従来技術は、小型化が求められている携帯電話等の小型電子機器に搭載することができないという問題があった。
また、特許文献１に示した従来技術は、梁上に多くのピエゾ抵抗素子と配線とを形成する構成であるから、ピエゾ抵抗素子間の配線が梁の変形により応力を受け、断線などの障害が発生しやすいという問題があった。すなわち、長期間に渡って使用することができないのである。
【００１５】
そこで本発明の目的は、上記の課題を解決して、小型化が求められている電子機器に搭載することができ、信頼性の高い電気機械変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の電気変換器は、下記記載の構成を採用するものである。
【００１７】
錘部と枠部と、錘部と枠部とを接続するＸ軸方向の梁部とＸ軸方向と平面的にほぼ直交するＹ軸方向の梁部とを有し、機械的変動を電気的変動に変換する変換器を有する電気機械変換器であって、
変換器と離間して抵抗器を備え、変換器は、少なくとも３つの変換器からなり、Ｘ軸方向の梁部には、第１の変換器を設け、Ｙ軸方向の梁部には、第２の変換器を設け、Ｘ軸方向の梁部またはＹ軸方向の梁部には、Ｘ軸方向またはＹ軸方向とは異なるＺ軸方向の機械的変動を電気的変動に変換する第３の変換器を設けることを特徴とする。
【００１８】
第１の変換器と第２の変換器と第３の変換器とは、それぞれ少なくとも２つの変換素子からなり、抵抗器は、少なくとも７つの抵抗素子からなり、
第１の変換器を構成する第１の変換素子と第１の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第１の変換器を構成する第２の変換素子と第２の抵抗素子とを直列に接続してＸ軸ブリッジ回路を構成し、
第２の変換器を構成する第３の変換素子と第３の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第２の変換器を構成する第４の変換素子と第４の抵抗素子とを直列に接続してＹ軸ブリッジ回路を構成し、
第５の抵抗素子と第６の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第３の変換器を構成する第５の変換素子と第６の変換素子と第７の抵抗素子とを直列に接続してＺ軸ブリッジ回路を構成し、
Ｘ軸ブリッジ回路とＹ軸ブリッジ回路とＺ軸ブリッジ回路とを用いて錘部に加わる物理量を検出することを特徴とする。
【００１９】
第３の変換器を構成する２つの変換素子は、同一の変換特性を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電気変換器は、少なくとも３つの変換器と離間して設ける抵抗器とを備えている。
本発明の電気変換器は、変換器と抵抗器とを離間して設置することができる。例えば、梁部に変換器を設け、その他の部分に抵抗器を設けることができる。このような構成とすることによって、梁部に余計な素子や配線を設置する必要がなく、梁部を小型化することができるのである。梁部に設ける変換器や抵抗器の数が少なくて済むことによって、梁部に加わる応力による配線の断線などを減らすことができ、信頼性の高い電気変換器を構成することができる。
また、Ｘ軸方向の梁部には、第１の変換器を設け、Ｙ軸方向の梁部には、第２の変換器を設け、Ｘ軸方向の梁部またはＹ軸方向の梁部には、第３の変換器を設けている。これらの変換器は、それぞれ少なくとも２つの変換素子からなり、抵抗器も少なくとも７つの抵抗素子からなる。これら変換素子と抵抗器とを組み合わせてＸ軸用とＹ軸用とＺ軸用とのブリッジ回路を構成し、錘部に加わる物理量を検出するのである。このような構成とすることによって、ある軸方向の梁部に設ける変換器や抵抗器の数を減らすことができるため、その梁部の形状をより小型化することができる。すなわち、梁部が小型化できることにより、錘部の動きに対してより感度よく物理量を検出することができるという効果がある。
【００２１】
本発明の電気変換器によれば、従来技術の電気変換器では達成できなかった、小型高感
度で信頼性の高い電気変換器を携帯機器に搭載することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下図面を参照しながら本発明の電気変換器の最適な構造と物理量の検出に関する構成を説明する。本実施の形態では、物理量として加速度を例にして説明する。
【００２３】
［変換器の配置の説明：図１］
まず、本発明の電気機械変換器の構成について説明する。
図１（ａ）は、本発明の電気機械変換器を上面から見た構造平面図であり、図１（ｂ）は、その断面図である。図１に示す例では、枠のほぼ中心に錘部があり、４つの梁部で錘部を支持する構成を示している。また、梁部に変換器を設け、枠部に抵抗器を設ける構成を示している。
図１において、１は枠部、２は配線、３は平面電極、４は変換素子、５は梁部、６は錘部、７は保護膜、２０は電気機械変換器である。ＰＸ１とＰＸ２とＰＹ１とＰＹ２とＰＺ１とＰＺ２とは変換器であって、ＰＸ１とＰＸ２とで第１の変換器を構成し、ＰＹ１とＰＹ２とで第２の変換器を構成し、ＰＺ１とＰＺ２とで第３の変換器を構成する。ＰＸ１は第１の変換素子であり、ＰＸ２は第２の変換素子である。ＰＹ１は第３の変換素子であり、ＰＹ２は第４の変換素子である。ＰＺ１は第５の変換素子であり、ＰＺ２は第６の変換素子である。図１（ｂ）に示す変換素子４は、これら第１から第６の変換素子のいずれかを示すものであって、例えば、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第１の変換素子ＰＸ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第２の変換素子ＰＸ２と定義することができる。
ＲＦ１とＲＦ２とＲＦ３とＲＦ４とＲＦ５とＲＦ６とＲＦ７とは抵抗器であって、ＲＦ１は第１の抵抗素子であり、ＲＦ２は第２の抵抗素子である。ＲＦ３は第３の抵抗素子であり、ＲＦ４は第４の抵抗素子である。ＲＦ５は第５の抵抗素子であり、ＲＦ６は第６の抵抗素子であり、ＲＦ７は第７の抵抗素子である。
【００２４】
図１（ａ）においては、図面の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸と定義する。また、図面に対し垂直な方向（図１（ｂ）においては図の上下方向）にＺ軸を定義する。これにより、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。
【００２５】
図１に示すように、本発明の電気機械変換器２０は、枠部１のほぼ中央に加速度によって受動する錘部６を設けている。枠部１と錘部６とを連結するように可撓性の梁部５設けている。錘部６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでそれぞれ２つの梁部５で支持されている。この梁部５は、錘部６の動きを妨げず錘部６を支持するように最小限の断面積とすることが望ましい。そのように構成することによって、錘部６が小さくても、あるいは軽量であってもその動作による応力が梁部５に加わり、それぞれの変換器がより効果的にその応力を受けることができるのである。
【００２６】
枠部１や錘部６の材料としては、例えば、シリコン単結晶板やガラス板を用いることができる。このような材料を用いると、フォトリソグラフィ技術や異方性ドライエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）等の知られている加工手段により小型の電気機械変換器２０を形成することができる。また、梁部５の部材としてはシリコン単結晶やガラスの他、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００２７】
本発明の電気機械変換器２０は、梁部５の上面に複数の変換器を設けている。梁部５における変換器の設置場所は、錘部６の動きに対して強く応力がかかる部分であることが好ましく、例えば、枠部１と梁部５との接続部分である。
変換器であるＰＸ１とＰＸ２とＰＹ１とＰＹ２とＰＺ１とＰＺ２とは、機械的変形によ
り電気的特性が変化する変換素子であり、例えば、機械的な応力を受けて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子によって構成することができる。これら変換器は、梁部５の上面に所定の向きで配置されている。
【００２８】
これら変換器は、梁部５の撓み変形量に応じた抵抗変化を呈することとなるが、同一の軸方向に設ける変換素子同士は同一の変換特性を有する。例えば、第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２とは同一の変換特性を有する。同様に、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２と、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２とは、それぞれ同一の変換特性を有する。
変換素子の変換特性とは、例えば、同一の機械的応力が加わったときに、同一の抵抗値変化を有することである。具体的に変換特性を同一にする手段は、広く知られており、例えば、ピエゾ抵抗素子を構成する抵抗体部分の不純物濃度やその形成寸法やサイズを同一にすることで容易に変換特性を同じにすることができる。このような技術は広く提案されているものであるから、説明は省略する。
【００２９】
さらに、各変換素子は配線２を介して平面電極３に電気的に接続されている。平面電極３は、本発明の電気機械変換器２０と外部の機器などとを接続するためのターミナルの役目を持っており、半導体装置でいえば、パッドに相当する。図１（ｂ）に示すように、電気機械変換器２０の上面には平面電極３の部分を除き保護膜７を設けている。
【００３０】
配線２と平面電極３とは、アルミ、銅、金等の知られている金属類やそれらの合金で構成することができる。保護膜７は、シリコン窒化膜、ポリイミド樹脂膜等で形成することができる。
【００３１】
図１に示す本発明の電気機械変換器２０は、枠部１の上面に第１の抵抗素子ＲＦ１から第７の抵抗素子ＲＦ７の抵抗器を設けている。枠部１にシリコン単結晶を用いるとすると、所定の場所に選択的にポリシリコン抵抗や拡散抵抗を形成することができ、これらを抵抗器として用いることができる。その際は、知られている半導体製造技術を用いることができる。
これらの抵抗器は必ずしも枠部１上に設ける必要はなく、例えば、別途外部基板を用いてその上に設けてもかまわない。
【００３２】
次に、変換器の配置についてさらに詳しく説明する。
第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２とをＸ軸方向に架けた梁部５と枠部１とが接合する部分に設けて、Ｘ軸方向の梁部５の撓みを電気信号に変換するための第１の変換器を構成している。
同様に、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２とをＹ方向に架けた梁部５と枠部１とが接合する部分に設けて、Ｙ軸方向の梁部５の撓みを電気信号に変換するため第２の変換器を構成している。
さらに、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２とをＸ軸方向に架けた梁部５と枠部１が接合する部分に、前述の第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２と隣接して設けて、Ｚ軸方向の梁部５の撓みを電気信号に変換するための第３の変換器を構成している。第５の変換素子ＰＺ１および第６の変換素子ＰＺ２と第１の変換素子ＰＸ１および第２の変換素子ＰＸ２とはそれぞれ離間して設ける。
【００３３】
もちろん、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２とは、Ｙ軸方向に架けた梁部５と枠部１が接合する部分に、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２と隣接して設けてもよい。つまり、Ｘ軸方向でもＹ軸方向でも、どちらに設けてもよいのである。
【００３４】
［ブリッジ回路の説明：図２］
また、このＸＹＺ三次元座標系に係る機械的変形を検出するために、これら変換素子と抵抗器とを用いてブリッジ回路を構成する。その様子を図２（ａ）から図２（ｃ）に示す。ブリッジ回路を構成することで、加速度や傾斜や振動等の物理量を電圧変化に変換して検出することができる。
抵抗器は、図１（ａ）に示すように枠部１上に設けることができるが、外部基板を用いて、その上に設けてもよい。また、ブリッジ回路の結線は枠部１上に配線を設けて行ってもよいし、平面電極３を介して外部基板上で結線してもよい。
【００３５】
図２に示すように、第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２との６個の変換素子と、第１の抵抗素子ＲＦ１から第７の抵抗素子ＲＦ７の７つの抵抗器とを用いて３組のブリッジ回路を構成する。９ａと９ｂと９ｃとは電源、８ａと８ｂと８ｃとは電圧計である。Ｐ１からＰ６は接続点である。
【００３６】
なお、図２に示すブリッジ回路は、３つの結線状態を説明するために３組のブリッジ回路を示しているが、もちろん、必ずブリッジ回路を３組用意しなければならないわけではない。図示しないが知られている配線切り替え手段を用いて、変換器や抵抗器を切り替えることで３組のブリッジ回路を構成することができる。その際は、電圧計８ａから８ｃと電源９ａから９ｃとは、それぞれ１つづつ用意すれば済むのである。
【００３７】
図２（ａ）は、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸ブリッジ回路である。第１の変換素子ＰＸ１と第１の抵抗素子ＲＦ１とを直列に接続し、これと並列に第２の変換素子ＰＸ２と第２の抵抗素子ＲＦ２とを直列に接続してＸ軸ブリッジ回路を構成している。また、第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２との間と、第１の抵抗素子ＲＦ１と第２の抵抗素子ＲＦ２との間とに電源９ａを接続し、さらに、第１の変換素子ＰＸ１と第１の抵抗素子ＲＦ１との間（接続点Ｐ１）と、第２の変換素子ＰＸ２と第２の抵抗素子ＲＦ２との間（接続点Ｐ２）とに電圧計８ａを接続している。電圧計８ａは、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電圧Ｖｘを測定する。
【００３８】
図２（ｂ）は、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸ブリッジ回路である。第３の変換素子ＰＹ１と第３の抵抗素子ＲＦ３とを直列に接続し、これと並列に第４の変換素子ＰＹ２と第４の抵抗素子ＲＦ４とを直列に接続してＹ軸ブリッジ回路を構成している。また、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２との間と、第３の抵抗素子ＲＦ３と第４の抵抗素子ＲＦ４との間とに電源９ｂを接続し、さらに、第３の変換素子ＰＹ１と第３の抵抗素子ＲＦ３との間（接続点Ｐ３）と、第４の変換素子ＰＹ２と第４の抵抗素子ＲＦ４との間（接続点Ｐ４）とに電圧計８ｂを接続している。電圧計８ｂは、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間の電圧Ｖｙを測定する。
【００３９】
図２（ｃ）は、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸ブリッジ回路である。第５の抵抗素子ＲＦ５と第６の抵抗素子ＲＦ６とを直列に接続し、これと並列に第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２とを直列に接続するとともに第７の抵抗素子ＲＦ７とも直列に接続してＺ軸ブリッジ回路を構成している。また、第５の抵抗素子ＲＦ５と第５の変換素子ＰＺ１との間と、第６の抵抗素子ＲＦ６と第７の抵抗素子ＲＦ７との間とに電源９ｃを接続し、さらに、第５の抵抗素子ＲＦ５と第６の抵抗素子ＲＦ６との間（接続点Ｐ５）と、第６の変換素子ＰＺ２と第７の抵抗素子ＲＦ７との間（接続点Ｐ６）とに電圧計８ｃを接続している。電圧計８ｃは、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電圧Ｖｚを測定する。
【００４０】
図２（ａ）に示すＸ軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に数１に示す平行関係を形成し、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差である電圧Ｖｘを０にすることが
できる。
【００４１】
【数１】
2007033319.tif 000003
【００４２】
この際に、例えば、第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２とを、それぞれに加わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第１の変換素子ＰＸ１と第２の変換素子ＰＸ２との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差として検出することができる。
【００４３】
図２（ｂ）に示すＹ軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に数２に示す平行関係を形成し、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間の電位差である電圧Ｖｙを０にすることができる。
【００４４】
【数２】
2007033319.tif 000004
【００４５】
この際に、例えば、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２とを、それぞれに加わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第３の変換素子ＰＹ１と第４の変換素子ＰＹ２との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間の電位差として検出することができる。
【００４６】
図２（ｃ）に示すＺ軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間に数３に示す平行関係を形成し、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差である電圧Ｖｚを０にすることができる。
【００４７】
【数３】
2007033319.tif 000005
【００４８】
この際に、例えば、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２とを、それぞれに加
わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差として検出することができる。
【００４９】
［電気機械変換作用の説明：図３］
次に、本発明の実施の形態の構成における電気機械変換作用について詳細に説明する。３軸方向の加速度を各軸ごとに分離して電気信号に変換する際の作用を例にして説明する。
【００５０】
［Ｘ軸、Ｙ軸方向の加速度を検出する方法：図２、図３］
まず、Ｘ軸方向の加速度を他軸から分離して電気的に検出する際の作用について説明する。
図３は、本発明の電気機械変換器の構造を模式的に示す断面図であって、図３（ａ）は、梁部５に対して平行なＸ軸方向またはＹ軸方向（図面の左から右）の加速度が加わった場合を示し、図３（ｂ）は、梁部５に対して垂直なＺ軸方向（図面の上から下）の加速度が加わった場合を示す。図において、矢印は加速度を示している。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合は、Ｘ軸方向に配置した梁部５の撓みにより、その端部に形成してある変換素子４に応力が作用する。図３（ａ）において、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第１の変換素子ＰＸ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第２の変換素子ＰＸ２と定義する。
図３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に加速度が加わると、第１の変換素子ＰＸ１は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第２の変換素子ＰＸ２は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。図面では、圧縮応力を＋応力、伸び応力を−応力と記載している。
このため、図２（ａ）に示すＸ軸ブリッジ回路における変換器（ＰＸ１、ＰＸ２）と抵抗器（ＲＦ１、ＲＦ２）との平衡関係が崩れて、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差である電圧Ｖｘを観測するこができるのである。
【００５２】
Ｘ軸に対して平面的に９０度直交するＹ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合も同様である。図３（ａ）をＹ軸方向に加速度が加わった図とみなすと、図３（ａ）においては、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第３の変換素子ＰＹ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第４の変換素子ＰＹ２と定義できる。
図３（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に加速度が加わると、第３の変換素子ＰＹ１は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第４の変換素子ＰＹ２は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図２（ｂ）に示すＹ軸ブリッジ回路における変換器（ＰＹ１、ＰＹ２）と抵抗器（ＲＦ３、ＲＦ４）との平衡関係が崩れて、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間の電位差である電圧Ｖｙを観測するこができるのである。
もちろん、Ｘ軸方向に配置した梁部５に撓みは生じず、その端部に形成してある変換器（ＰＸ１、ＰＸ２）に応力は作用しないため、これらの平衡関係は保持され、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に電位差を生じることはない。
【００５３】
さらに、図３（ｂ）に示すように、図面の上から下方向のＺ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合は、Ｘ軸方向に配置した梁部５の撓みにより、その端部に形成してある変換素子４に応力が作用する。図３（ｂ）において、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第１の変換素子ＰＸ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第２の変換素子ＰＸ２と定義する。
この際は、図３（ｂ）において、第１の変換素子ＰＸ１は、伸び応力による抵抗値増加、同様に、第２の変換素子ＰＸ２も伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
したがって、前述の変換器（ＰＸ１、ＰＸ２）と抵抗器（ＲＦ１、Ｆ２）との平衡関係
は保持され、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に電位差を生ずることはない。
【００５４】
以上説明したように、本発明の電気機械変換器によれば、Ｘ軸方向の加速度を他軸と分離して電気的に検出する電気機械変換器を構成することが可能となる。
また、Ｘ軸に対して平面的に９０度直交するＹ軸方向の加速度についてもＸ軸方向と同様の作用によって、Ｙ軸方向の加速度を他軸と分離して電気的に検出することが可能となる。
【００５５】
［Ｚ軸方向の加速度を検出する方法：図２、図３］
次に、Ｚ軸方向の加速度を他軸から分離して電気的に検出する際の作用について説明する。
前述のようにＺ軸方向の加速度を検出するための２つの変換器（ＰＺ１、ＰＺ２）は、Ｘ軸方向に架けた梁部５と枠部１が接合する部分に、Ｘ軸方向の加速度を検出する変換器（ＰＸ１、ＰＸ２）と隣接して設けて、Ｚ軸方向の梁部５の撓みを電気信号に変換するための変換器を構成することができる。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合は、Ｘ軸方向に配置した梁部５の撓みにより、その端部に形成してある変換素子４に応力が作用する。図３（ａ）において、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第５の変換素子ＰＺ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第６の変換素子ＰＺ２と定義する。
図３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に加速度が加わると、第５の変換素子ＰＺ１は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第６の変換素子ＰＺ２は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図２（ｃ）に示すＺ軸ブリッジ回路における変換器（ＰＺ１、ＰＺ２）と抵抗器（ＲＦ５、ＲＦ６、ＲＦ７）との平衡関係は、第５の変換素子ＲＺ１と第６の変換素子ＲＺ２との抵抗値変化が直列接続（電気的加算）により相殺されるため、保持されている。したがって、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間に電位差である電圧Ｖｚを生じることはない。
【００５７】
Ｘ軸に対して平面的に９０度直交するＹ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合は、Ｘ軸方向に配置した梁部５に撓みは生ぜず、その端部に形成してある変換器（ＰＹ１、ＰＹ２）に応力は作用しない。
このため、図２（ｃ）に示したＺ軸ブリッジ回路における変換器（ＰＺ１、ＰＺ２）と抵抗器（ＲＦ５、ＲＦ６、ＲＦ７）との平衡関係は保持され、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間に電位差を生じることはない。
【００５８】
さらに、図３（ｂ）に示すように、図面の上から下方向のＺ軸方向の加速度により錘部６が受動する場合は、Ｘ軸方向に配置した梁部５の撓みにより、その端部に形成してある変換素子４に応力が作用する。図３（ｂ）において、図面左の梁部５に設ける変換素子４を第５の変換素子ＰＺ１、図面右の梁部５に設ける変換素子４を第６の変換素子ＰＺ２と定義する。
この際は、図３（ｂ）において、第５の変換素子ＰＺ１は、伸び応力による抵抗値増加、同様に、第６の変換素子ＰＺ２も伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図２（ｃ）に示したＺ軸ブリッジ回路における変換器（ＰＺ１、ＰＺ２）と抵抗器（ＲＦ５、ＲＦ６、ＲＦ７）との平衡関係は、第５の変換素子ＰＺ１と第６の変換素子ＰＺ２との抵抗値変化が直列接続（電気的加算）により増加するため、崩れる。したがって、接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差である電圧Ｖｚを観測することができるのである。
【００５９】
以上説明したように、本発明の構成によれば、Ｘ軸やＹ軸のみならず、Ｚ軸方向の加速
度をも他軸と分離して電気的に検出することが可能となる。
また、梁部と枠部とが接する部分に変換器を設けており、抵抗器は梁部に設ける必要がない。このため、梁部に余分な配線は必要なく、梁部の形状を自由に設定することができるばかりか、梁部の配線には断線などの障害が生じることはない。したがって、細い形状の可撓部（梁）を形成することもできる。
【００６０】
本発明の電気機械変換器によれば、小型で軽量な錘でも容易に梁部を変形させることができるので、従来技術の電気機械変換器では達成できなかった、小型高感度で信頼性の高い電気変換器を携帯機器に搭載することが可能となるのである。
【００６１】
本発明の実施の形態では、Ｘ軸方向の梁部にＺ軸方向の加速度を検出する変換素子も設ける例を用いて説明したが、これに限定するものではない。Ｙ軸方向の梁部にＺ軸方向の加速度を検出する変換素子を設けてもよい。
もちろん、ある軸方向に設ける変換器は、変換素子を２つ用いる場合を例にして説明したが、これも限定するものではない。梁部の形状を鑑みて、より多くの変換素子を設けても構わないのである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の電気機械変換器は、三次元方向の加速度成分を１つの電気機械変換器で検出することができる。従来に比して小型が可能であるため、小型化の要求が強い携帯型電子機器やロボット等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の電気機械変換器の構造を説明するため図である。
【図２】本発明の電気機械変換器におけるブリッジ回路を説明する図である。
【図３】本発明の電気機械変換器の作用を説明するための断面図である。
【図４】従来技術の電気機械変換器の構造を説明するための図である。
【図５】従来技術の電気機械変換器におけるブリッジ回路を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  枠部
２  配線
３  平面電極
４  変換素子
５  梁部
６  錘部
７  保護膜
８ａ、８ｂ、８ｃ  電圧計
９ａ、９ｂ、９ｃ  電源
２０  電気機械変換器
ＰＸ１  第１の変換素子
ＰＸ２  第２の変換素子
ＰＹ１  第３の変換素子
ＰＹ２  第４の変換素子
ＰＺ１  第５の変換素子
ＰＺ２  第６の変換素子
ＲＦ１  第１の抵抗素子
ＲＦ２  第２の抵抗素子
ＲＦ３  第３の抵抗素子
ＲＦ４  第４の抵抗素子
ＲＦ５  第５の抵抗素子
ＲＦ６  第６の抵抗素子
ＲＦ７  第７の抵抗素子
Ｐ１〜Ｐ６  接続点
【図１】
2007033319.tif 000006
【図２】
2007033319.tif 000007
【図３】
2007033319.tif 000008
【図４】
2007033319.tif 000009
【図５】
2007033319.tif 000010